要約:
約 45 億年前、地球と火星は、若い太陽の周りを回るガスと塵の雲から一緒に誕生しました。しかし、新しい研究は、2つの隣接する惑星が同じ太陽系で形成されたにもかかわらず、完全に異なる成長プロセスを経験した可能性があることを示しています。
デンマークのコペンハーゲン大学の研究チームが主導したこの研究は、地球と火星は同じ割合の物質蓄積メカニズムを通じて形成されたのではなく、惑星の成長過程で異なる「原料レシピ」に依存していることを提案しました。研究結果は「Nature Astronomy」誌に掲載された。
研究のリーダーの一人で、コペンハーゲン大学グローバルスタディーズ研究所の教授であるアンダース・ヨハンセン氏は、最も驚くべき発見は、地球と火星が異なる形成様式を採用しているようだということだと語った。直観的には、同じ太陽系内で隣接する領域で形成された 2 つの惑星は、より類似した成長履歴を持つはずです。
現在、惑星科学コミュニティは一般に、岩石惑星は主に 2 つの方法で形成されると考えています。 1 つは「惑星体衝突」と呼ばれるプロセスで、大きな岩石が衝突し合体し続けるプロセスです。もう 1 つは、より大きな物体が多数のより小さな粒子を捕捉し続け、徐々に成長する「小石の降着」です。多くの研究では、実際の状況は 2 つのメカニズムの組み合わせの結果である可能性があると考えられています。
新しい研究は、このハイブリッド モデルを支持していますが、地球と火星が 2 つのメカニズムに大きく異なる方法で依存していることを示唆しています。
この研究の筆頭著者でコペンハーゲン大学助教授のワン・ハイヤン氏は、地球の質量の少なくとも75％が2つの若い原始惑星から来ており、これらの原始惑星は主に多数の小さな「小石」粒子を降着させて成長し続けていることを研究結果が示していると述べた。微惑星の衝突は、地球の残りの質量の約 25% を占めます。
対照的に、火星の形成経路はほぼ逆の傾向を示しています。研究チームは、火星の質量の約 75% が微惑星体の衝突と合体によるものであるのに対し、小石の降着による寄与は約 4 分の 1 にすぎないと推定しています。
数十億年前の形成史を再構築するために、研究チームは従来の天体力学シミュレーションに頼らず、地球と火星が現在保持している化学的痕跡の中に手がかりを探しました。
研究者らは、ナトリウム、亜鉛、カリウムなど、2 つの惑星の地殻とマントルに含まれる揮発性元素の分析に焦点を当てました。これらの元素は高温で蒸発しやすいため、現在のレベルは惑星形成時の加熱と進化の歴史を反映しています。
その後、チームはこれらの化学的特徴をコンピューター シミュレーションと比較して、さまざまな地層モデルが現在観察されている元素の分布を再現できるかどうかをテストしました。
ジョンソン氏は、この研究は本質的には 45 億年にわたる「宇宙探偵の調査」であると述べました。元の証拠の大部分はずっと前に失われていますが、地球と火星のマントルの化学組成はまだ形成の痕跡を保持しており、初期の進化過程の「指紋」と見なすことができます。
研究者らは、科学界は太陽系形成の初期段階におけるすべての元の物質の正確な組成をまだ把握していないため、現在のモデルにはまだ一定の不確実性があると指摘しました。しかし、異なる仮定の下でテストした場合でも、結果は繰り返し同じ結論を示します。つまり、地球と火星は異なる成長経路をたどった可能性が高いということです。
研究チームは、この発見は太陽系の惑星間に大きな違いがある理由を説明するのに役立つだけでなく、他の星の周りの岩石惑星を研究するための重要な参考資料になる可能性があると考えています。さまざまな形成メカニズムが惑星の構造と組成をどのように形作るかを理解することで、科学者は将来、どの系外惑星が地球に似た進化の可能性を持っているか、またそれらが生命を維持する条件を備えているかどうかをより正確に判断できるようになるかもしれない。
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